小麦花期喷施不同微量元素对产量和品质的影响

李泽鹏

摘 要 以徐麦33为供试材料，研究了在小麦开花期喷施不同微量元素对小麦籽粒产量构成因素、蛋白质组分含量、GMP含量、面筋含量等的影响。结果表明：在花期喷施不同微量元素能够提升小麦产量，在产量构成因素方面，主要提高了小麦的千粒重，不同处理之间穗粒数和穗数没有显著差异；喷施不同的外源微量元素能够显著提高小麦的总蛋白含量，不同处理之间清蛋白和球蛋白的含量差异不显著，但麦谷蛋白和醇溶蛋白较对照都有显著提高；喷施外源锌、硒、铁可以显著提高小麦面粉湿面筋含量、干面筋含量和SDS沉降值；与对照相比，喷施外源物质都可以显著的提高高低分子量麦谷蛋白亚基。

关键词 小麦；产量；品质

中图分类号：S512.1 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.03.053

小麦（Triticum aestivum Linn.）是禾本目（Poales）禾本科（Poceeae）小麦属（Triticum）草本植物，是三大谷物之一。

小麦是世界上种植面积最大的粮食作物，也是我国第二大粮食作物。由于农民对小麦产量的重视，导致我国优质的专用小麦需要大量进口。生活水平的提高，使得人民对优质专用小麦的需求量大大增加，但品质指标不协调、面筋质量差等严重阻碍了优质小麦的生产。要解决我国优质小麦供应不足的问题，除了优质的品种外，环境条件也起到非常重要的作用。N、P、K的供应，微量元素和氨基酸液肥的补充，化学调控可以有效提高或降低小麦的面筋含量。根据需求的不同，配制不同的外源调控物质。

绝大多数陆生植物主要依靠根系吸收养分，同时植物的叶片也可以吸收外源物质，如气体、营养元素、农药等，叶片在吸收水分的同时也能够将营养物质吸收到植物体中去[1]。叶面肥是以叶面吸收为目的，是将营养元素施用于农作物叶片表面，通过叶片的吸收而发挥功能的一种肥料类型。叶面肥的作用迅速，因此大大提高了肥料的时效性，并且其简单的操作和吸收效率较高，有效地减少了成本。大量研究表明，叶片对养分的吸收利用与根系一样，都能起到改善作物品质、提高产量的效果[2]。植物种类及生长状况，叶面喷施液的组成与养分元素的性质，温度、光照等环境条件都影響叶片养分的吸收与利用[3]。在叶面肥中加入活性剂等助剂可以提高叶面喷施效果，因此，活性剂成为叶面喷施剂不可或缺的一部分。近年来，中国叶面肥产品数量和种类增长迅速，但产品的质量较差，使用技术也有待提高。外源喷施微量元素可以有效改善小麦品质，增加小麦产量。小麦叶面肥是一种快速、高效、及时补充养分的方式。小麦从苗期到蜡熟前均能够吸收叶片喷施的氮素营养，除氮肥外，还有一些磷钾肥和微量元素肥料也有报道[4-9]。植物叶片与外界的营养物质交换主要有3条途径：1）通过分布在叶面的气孔；2）通过叶表面角质层的亲水小孔；3）通过叶片细胞的质外连丝进行主动吸收。其中，第一种是养分进入叶片内部的主要途径之一[10]，虽然其表面也有角质层覆盖[11]，但没有蜡质层，其角质层极性较高，有利于养分的进入，养分穿过部分角质层的速度大于非气孔部分角质层[12]。叶片散发的养分，首先以扩散方式进入蜡质层和角质层，而后进入叶肉细胞被吸收利用[13]。养分透过蜡质层、角质层后到达表皮细胞壁，一般认为表皮细胞壁对养分进入细胞内部的阻碍作用相对不大[14]。养分透过表皮细胞壁，经过跨膜（原生质膜）运输进入细胞质中，其运输机制与根部细胞一样[15]。养分进入叶肉细胞以后参与植物生理活动，植物对其利用效果与根部吸收的养分相同。

微量元素包括铁、锌、铜、锰、铬、硒、钼、钴和氟等。相对于大量元素而言，微量元素在生物体内含量极少，但与动植物的生存和健康息息相关，具有至关重要的作用。1）通过与蛋白质和其他有机基团结合，形成酶、激素、维生素等生物大分子，发挥重要的生理生化功能。2）构成体内重要的载体与电子传递系统，参与激素与维生素的合成。3）对遗传信息的携带者核酸的物理、化学性质均可产生影响。例如，多种RNA聚合酶中含有锌，而核酸还原酶的作用则依赖于铁[16]；铁、锌、硒3种微量元素在植物体内具有重要的生物学功能，含量过多或过少，都将导致植物产生生理疾病[17-18]。

锌是植物体内多种酶的组成成分和活化剂。小麦缺锌表现为麦苗叶片失绿，心叶白化，中后期植株矮小，叶小而脆，根系变黑，空秕粒较多，千粒重低[19]。铁是人们第一个发现的植物必需微量元素[20]，在植物呼吸、光合和氮代谢等的氧化还原过程中都起着重要作用[21]，植株缺铁叶子会变黄，得黄叶病[22]。硒对高等植物具有抗氧化作用，可提高植株的抗逆性和抗衰老能力，促进植株的正常生长，推测硒可能是高等植物的必需微量元素。此外，微量元素还有重金属拮抗和环境胁迫抵制、影响植物气味等功能。在植物中微量元素只有在其最适浓度范围内才能发挥其生物学功能，例如低浓度的硒才能促进植物的生长发育，超过一定的浓度范围，会抑制植物的生长，对植物产生毒害，浓度越高抑制越强，产生的毒害作用越大。一般非硒积累的植物含硒

量>50 mg·kg-1时，就会使植物中毒，表现出生长缓慢、植株矮小、叶子失绿等中毒症状。

本试验通过在小麦花期直接喷施叶面肥的方式，高效快速地给小麦补充微量元素，研究在花期喷施不同微量元素对小麦产量和品质的影响，以期为小麦产量与品质的提高提供可行性建议。

1 材料与方法

1.1 试验方案

本试验以徐麦33好为供试品种，于2015—2016年进行，试验地点位于徐州市睢宁农业科技园区。撒下基肥，适期播种。三叶一心同时各个小区的基本苗数，并对各个小区进行间苗，使各小区的基本苗数一致，保证幼苗均匀。施纯氮量为240 kg·hm-2，基肥和追肥各占50%，小区采用完全随机区组设计，每个处理3个重复，喷施不同外源微量元素物质。在小麦开花期时喷施外源物质，籽粒成熟收获后分析籽粒的品质指标。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 产量及产量结构

成熟期调查667 m2穗数、每穗粒数，取样点随机选5 m2计产，测定千粒重和实际产量。

1.2.2 蛋白质及其组分含量

于成熟期剥取籽粒，烘干磨碎，采用半微量凯氏定氮法，全氮含量乘以5.7即为蛋白质含量，清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白分别用水、10%的氯化钠、70%的乙醇和0.2%的NaOH提取，提取后烘干提取液，方法同总蛋白测定方法测定蛋白组分的含量。

1.2.3 小麦面粉干湿面筋测定

根据GB/T 14607-1993《小麦粉干面筋测定法》测定小麦粉干面筋含量；根据GB/T 14608-1993《小麦粉湿面筋测定法》测定小麦湿面筋含量。

1.2.4 小麦面粉沉降值测定

利用小麦沉降值测定-Zeleny试验方法，测定小麦沉降值。沉降试验是测定小麦粉强度简单而快速的方法，该试验采用带有玻璃塞的有刻度试管，从“0”刻度到100 mL刻度的距离为180～185 mm，利用小麦粉在乳酸溶液中沉降的体积来表示小麦面筋的质量。乳酸溶液有膨胀小麦面筋蛋白质的作用，使面粉颗粒涨大，溶液黏度上升，改变了面粉颗粒的沉降速度。筋力强的面粉沉降速度慢，一定时间内面粉沉降物体积大（高）；筋力弱的面粉沉降速度快，沉降物体积小（低），沉降物的体积（mL）即为小麦粉的沉降值。

1.2.5 小麦高低分子量麦谷蛋白亚基测定方法

参照梁荣奇等的方法提取高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）和低分子量麦谷蛋白亚基（LMW-GS）。沉淀麦谷蛋白大聚合体（GMP）中加入200 μL样品缓冲液（62.5 mmol·L?1 Tris-HCl，pH 6.8，20%丙三醇，5% SDS，1%DTT），60 ℃水浴振荡1 h，10 000 g离心10 min，上清液用于SDS-PAGE电泳。分离胶浓度10%，浓缩胶浓度4%，胶厚1 mm，20个上样孔，每个样品点样15 μL，每板电流15 mA。电泳结束后，用0.05%考马斯亮蓝R250染色24 h，然后用蒸馏水脱色2 d。采取岳鸿伟[23]等的切胶比色法测定HMW-GS和LMW-GS的含量。將脱过色的胶放入白瓷盘中，在日光灯下用刀片从凝胶上切下染上色的蛋白质条带，置玻璃试管中，加入1 mL含有3% SDS的50%异丙醇，用封口膜封口，37 ℃水浴中静置24 h提取HMW-GS 和LMW-GS，于595 nm下测定提取液吸光值。用不同点样量的标准蛋白（116 kD）做标准曲线，计算各样品HMW-GS和LMW-GS含量，以各次电泳结果的平均值作为该样品HMW-GS和LMW-GS含量。

1.3 数据分析

数据处理用Excel 2007和SPSS18.0软件对数据进行处理并分析其差异显著性，并采用SigmaPlot10.0作图。

2 结果与分析

2.1 喷施不同外源物质对小麦产量的影响

表2可以看出，外源微量元素的喷施可以提高小麦籽粒的千粒重，并且较对照差异显著，其中外源硒的施入对小麦籽粒千粒重影响最大。由于是开花期后开始进行的喷施处理，所以产量构成因素中的穗粒数和穗数较对照没有明显的差异。外源喷施锌、铁、硒及其复配物，增加小麦千粒重幅度分别是3.7%、3.1%、9.03%、5.33%。

2.2 喷施不同外源物质对小麦品质的影响

2.2.1 喷施不同外源物质对小麦蛋白含量及其组分的影响

表3可以看出，喷施外源物质能够提高小麦的蛋白含量，对蛋白组分产生了不同的影响。对于清蛋白，微量元素锌和复合物能够显著提高小麦的清蛋白含量，提高幅度为45.9%和40.5%，而铁和硒对清蛋白影响不大；对于球蛋白，喷施外源微量元素对其含量的影响不大，各处理之间差异不显著；对于醇溶蛋白来说，趋势和清蛋白相似，锌和复合物对小麦醇溶蛋白提升的幅度为26.2%和23.1%；外源喷施微量元素也可以提高麦谷蛋白的含量，其中喷施锌对其的影响最大，提高幅度达到了34.2%。

2.2.2 对小麦GMP含量的影响

如图1可知，与喷施清水相比，喷施锌、铁、硒以及复合产物，能够提高徐麦33面粉的GMP含量，分别提高了6.13%、9.67%、5.76%和12.84%。处理都达到了显著水平。

2.2.3 对小麦高低分子量麦谷蛋白亚基的影响

图2表示，喷施外源微量元素可以提升HMW-GS和LMW-GS的含量。对于高分子量麦谷蛋白亚基而言，喷施锌的提高幅度最大，达到27.23%，其次就是复合物对HMW-GS的提高较大，提高幅度为24.39%；低分子量的影响趋势和高分子量相似，锌和复合物提高的幅度分别为22.99%、25.03%。

2.2.4 对小麦面筋含量及沉降值的影响

由图3观察可知，花期喷施外源微量元素可以促进小麦湿面筋的形成，增加量在3%～16.3%，并且微量元素锌和铁能够显著的提高湿面筋的含量。同样也提高干面筋的含量，外源锌和铁都可显著提高干面筋的含量。对于面筋指数，喷施外源微量元素都能够显著提高小麦的面筋指数。

由图4观察可以得出，喷施微量元素处理，增加了SDS沉降值，增加量为3.46%～9.84%。

3 讨论

3.1 喷施不同外源微量元素对小麦产量的影响

张起昌对不同筋力小麦品种混喷多种微肥后，表明补充微肥有利于小麦对养分的吸收利用，加快了有机物质积累，最终对产量结构具有显著的促进作用。喷施外源物质能够很大程度上影响小麦产量，具体体现为提高了小麦的千粒重，进而提高了小麦的产量，该试验施用微肥后，较不施肥的CK相比，产量提高了3.22%～7.60%。可见，适当喷施外源锌、铁、硒也是提高小麦产量的一种重要措施，但不同时期喷施外源微量元素对小麦产量及其构成因素的影响还需要进一步试验研究。

3.2 喷施不同外源微量元素对小麦品质的影响

3.2.1 喷施不同微量元素对小麦蛋白品质的影响

张英华等研究发现，包括锌和铁在内的4种微量元素含量与粒重、蛋白质含量存在正相关，这就表示着籽粒微量元素含量与粒重和蛋白质含量可以同步提高。微量元素在氮素同化以及蛋白质的合成过程中扮演着非常重要的作用。在本研究中，喷施外源微量元素不但提高了小麦的产量，而且显著提高了小麦总蛋白的含量，这与张英华等研究相符。

Elpidio Pe?a[24]等研究表明，醇溶蛋白和麦谷蛋白的含量越高，则面筋总量相对应的就会越高，从而有利于烘焙品质的提高。麦谷蛋白和醇溶蛋白共同组成面筋蛋白，Peter R.Shewry[25]等研究表明，在影响面筋的元素中，麦谷蛋白占有大部分的因素。在本研究中，喷施的微量元素都能够显著提高小麦的麦谷蛋白和醇溶蛋白含量，而对应的面粉的面筋含量也显著增加，外源微量元素可以显著的提高高低分子量麦谷蛋白亚基，进而提高小麦面筋的品质。

梁荣奇等研究表明，麦谷蛋白大聚合体（GMP）的相对含量与面团的强度呈显著的正相关，品质优良的小麦品种，其较大分子量的GMP的比例高于品质差劣的。AM Degaonkar[26]等的研究表明，GMP的含量與沉降值、面团形成的时间相关显著，GMP含量高的品种其面筋强度较大，面包烘焙品质也比较好。本研究中，喷施微量元素可显著提高GMP含量，其中锌、铁、硒的复合使用提高幅度最大，GMP含量提高了12.84%。

3.2.2 喷施不同微量元素对小麦加工品质的影响

刘万代等研究表明，花后喷施微肥对不同筋力的小麦的湿面筋含量等品质指标均有显著的提高。本试验中，喷施锌和铁都能显著提高了面粉湿面筋和干面筋含量，其中喷施锌对面筋指数的影响最大；所有喷施处理均能够提高面粉SDS沉降值，并且除了锌、铁、硒的复配处理外，均达到了显著水平。Ghasemi-Fasaei[27]等研究表明，铁肥在提高籽粒铁含量的同时增加了对其他阳离子的拮抗作用，从而减少籽粒对锌、铜等离子的吸收。鲁璐等研究表明，小麦对各种元素的吸收会相互影响，锌、铁两种元素的吸收相互促进，锌、铁与硒相互拮抗。因此本试验中虽然单独喷施锌、铁、硒3种微量元素，小麦的品质会显著提高，但是锌、铁、硒的复合使用，可能会较对照没有明显的差异。

参考文献：

[1] Neumann PM. Plant growth and leaf-applied chemicals[M].CRC Press，1988.

[2] 王崇福，卢祖瑶，窦永高，等.微量元素叶面肥在高温小青菜上的应用[J].安徽农学通报，2005，11（3）：52.

[3] 李燕婷，李秀英，肖艳，等.叶面肥的营养机理及应用研究进展[J].中国农业科学，2009，42（1）：162-172.

[4] 周吉红，曹海军，朱青兰，等.不同类型叶面肥在不同时期喷施对小麦产量的影响[J].作物杂志，2012（5）：140-145.

[5] 赵广才，常旭虹，杨玉双，等.叶面喷施不同营养元素对冬小麦产量和品质的影响[J].麦类作物学报，2011，31（4）：689-694.

[6] 董瑞，吕厚波，张保军，等.叶面喷施氮肥对小麦SPAD值及产量的影响[J].麦类作物学报，2015，35（1）：99-104.

[7] 蔡军，王娥梅，李柯燃.云峰氨基酸叶面肥在小麦上的应用效果研究[J].现代农业科技，2014（2）：255-256.

[8] 郭志强，乔国栋.中化（烟台）叶面肥在小麦上的施用效果[J].现代农业，2014（4）：23-24.

[9] 张志宏，常景玲，田养生.氨基酸复合叶面肥在小麦生长中的作用[J].安徽農業科學，2009，37（24）：11471-11472.

[10] Leece D. Foliar absorption in Prunus domestica LI Nature and development of the surface wax barrier [J]. Functional Plant Biology，1978，5（6）：749-766.

[11] Norris R， Bukovac M. Structure of the pear leaf cuticle with special reference to cuticular penetration[J]. American Journal of Botany，1968，55（8）：975-983.

[12] Kannan S. Penetration of iron and some organic substances through isolated cuticular membranes[J].Plant physiology，1969，44（4）： 517-521.

[13] Franke W. Mechanisms of foliar penetration of solutions[J].Annual Review of Plant Physiology，1967，18（1）：281-300.

[14] Sch?nherr J， Bukovac MJ. Preferential polar pathways in the cuticle and their relationship to ectodesmata[J].Planta，1970，92（3）：189-201.

[15] Wojcik P. Uptake of mineral nutrients from foliar fertilization [Review] [J]. Journal of fruit and ornamental plant research，2004，48（1）：1-3.

[16] 陈国树.微量元素学科研究进展[J].环境与开发，1995，10（4）：1-3.

[17] Yan S-m， Li Z-x， Xiong L-P. Essentials of Trace Element Medicine I. Physiological Role and Balance of Trace Elements in Human Body[J].Trace Elements Science，2002，9（9）：1-48.

[18] Whanger P. China， a country with both selenium deficiency and toxicity： some thoughts and impressions [J].The Journal of nutrition，1989，119（9）：1236-1239.

[19] 李強.锌对小麦生长发育及产量影响的研究[J].耕作与栽培，2003（3）：52-53.

[20] Vose P. Iron nutrition in plants： a world overview[J].Journal of Plant Nutrition，1982，5（4-7）：233-249.

[21] Smith BN. Iron in higher plants： Storage and metabolic role [J]. Journal of Plant Nutrition，1984，7（1-5）：759-766.

[22] Liping W. Review on Iron Nutrition and Control of Iron Deficiency in plants[J].Journal of Anhui Agricultural University，1995.

[23] 岳鸿伟，秦晓东，戴廷波，等.施氮量对小麦籽粒HMW-GS及GMP含量动态的影响[J].作物学报，2006，32（11）：1678-1683.

[24] Pe?a E， Bernardo A， Soler C， et al. Relationship between common wheat （Triticum aestivum L.） gluten proteins and dough rheological properties [J].Euphytica，2005，143（1）：169-177.

[25] Shewry PR， Halford NG， Belton PS， et al. The structure and properties of gluten： an elastic protein from wheat grain[J].Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci，2002，357（1418）：133-142.

[26] Degaonkar A， Tamhankar S， Rao V. An assessment of cultivated emmer germplasm for gluten proteins[J].Euphytica，2005，145（1）：49-55.

[27] Ghasemi-Fasaei R， Ronaghi A. Interaction of iron with copper， zinc， and manganese in wheat as affected by iron and manganese in a calcareous soil[J].Journal of Plant Nutrition，2008，31（5）：839-848.

（责任编辑：刘昀）